KR102048619B1 - 노광 장치 - Google Patents

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상하이 마이크로 일렉트로닉스 이큅먼트(그룹) 컴퍼니 리미티드
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Abstract

광 전파의 방향을 따라 순차적으로 배치되는, 광원(1), 조명 모듈(2), 마스크 스테이지(5), 투영 대물렌즈 모듈, 이미징 위치 조정 모듈(4) 및 웨이퍼 스테이지(6)를 포함하고, 상기 이미징 위치 조정 모듈(4)은 개별적으로 배열되는 복수의 조정 소자들(410)을 포함하고, 상기 투영 대물렌즈 모듈은 상기 복수의 조정 소자들 중 각 하나와 위치 대응하는 FoV를 각각 갖는 복수의 투영 대물렌즈들(3)을 포함하는 노광 장치가 개시된다. 이미징 위치 조정 모듈(4)은 투영 대물렌즈 모듈에 의해 형성된 이미지에 대해 병진, 배율, 초점면 및 다른 조정들을 수행함으로써 투영 대물렌즈들(3)의 만족스러운 이미징 품질 및 FoV 스티칭 품질을 보장한다. 투영 대물렌즈 모듈은 이미징 위치 조정을 위한 임의의 구성 요소 또는 메커니즘을 포함하지 않으므로 더 간단하다.

Description

노광 장치
본 발명은 집적 회로들(ICs; integrated circuits)의 제조에 관한 것으로, 특히 노광 장치에 관한 것이다.
평판 디스플레이 기술은 이러한 장치들이 지속적으로 크기가 증가함에 따라 급속도로 발전하고 있다. 넓은 시야(FoV; Field of View)를 구비한 대물렌즈를 사용하는 노광은 수율이 효과적으로 증가할 수 있다. 그러나, 대물렌즈 광학 시스템에 대한 FoV 확대는 설계, 제조 및 다른 측면들에서 어려움들을 야기할 것이다. 또한 요구된 넓은 FoV는 특정 방식으로 배열된 여러 서브-대물렌즈들(sub-objectives)의 동등한 크기의 FoV들을 스티칭(stitching)함으로써 달성될 수 있다. 사용된 서브-대물렌즈들의 수는 요구된 FoV의 크기에 의해 결정된다. 이 접근법은 광학 처리 및 제조 어려움들을 줄이고 높은 호환성 및 유연성을 제공하면서, 넓은 FoV에 대한 요구들을 충족시킬 수 있다.
다수의 서브-대물렌즈들의 스티칭으로 인해, 그리고 각 서브-대물렌즈의 성능 및 조립 공차들 및 기타 요인들로 인해, 각 서브-대물렌즈들의 이미징 위치들은 이론적 위치들로부터 벗어날 수 있다. 또한, 대형 마스크(large-sized mask)는 감광성 기판(photosensitive substrate)의 표면 프로파일(surface profile)에서의 편차들을 야기할 수 있는 중력-원인의 기형들을 겪을 수 있다. 각각의 이미징 FoV를 그것의 이상적인 위치에 위치시키기 위하여, 서브-대물렌즈들의 각각은 그것의 이미징 FoV의 위치를 조정하기 위한 별도의 조정 메커니즘이 제공되어 전체 스티칭 FoV의 성능을 보장한다.
주사 방향과 직교하는 방향으로 서로 중첩하는 인접하는 투영 필드들의 단부와, 주사 방향으로 미리 결정된 변위량만큼 전진하는 인접하는 투영 필드들을 생성하는 다수의 투영 광학 시스템들을 구비한 주사 노광 장치는 다수의 렌즈들을 구비한 주사 노광 장치(멀티-렌즈 주사 노광 장치(multi-lens scanning exposure apparatus))로 불린다. 이러한 멀티-렌즈 주사 노광 장치를 구비하여, 마스크(mask)는 다수의 슬릿-형상의 조명 영역들(slit-shaped illumination regions)을 통해 비춰지고(illuminated), 조명 영역들의 배열 방향과 직교하는 방향으로 동시에 감광성 기판과 함께 주사되어, 각 조명 영역들에 대응하는 다수의 투영 광학 시스템들은 감광성 기판 상에 마스크 상의 패턴을 노광시킨다.
종래 기술에 개시된 노광 장치에서, 초점면 조정(focal plane adjustment)은 물체 측면에 배열된 웨지 플레이트들(wedge plates)의 그룹 또는 광학 경로에 배치된 직각 반사기들(right-angle reflectors)을 병진시킴으로써(translating) 달성되고, 이미지의 수평 시프트들(horizontal shifts)은 X-방향 및 Y-방향 각각에 대해 물체 측면에서 둘의 평행한 플레이트들을 회전시킴으로써 가능하다. 또한, 배율 조정(magnification adjustment)은 광학 시스템을 구성하는 이미지 측면에 셋의 하프-렌즈들 중 임의의 하나를 이동시킴으로써 가능하지만, 동시에, 초점 조정 시스템을 사용하여 오프셋(offset)되어야 하는 초점면에서 변화를 도입한다. 다른 노광 장치에서, 배율 조정은 반사굴절 광학 경로(catadioptric optical path)에 배치된 둘의 렌즈들로 구성된 아포칼 시스템(afocal system)의 축 병진(axial translation)에 의해 달성되고, 초점면 조정은 이미지 측면에 배치된 셋의 렌즈들로 구성된 아포칼 시스템의 병진에 의해 가능해진다.
전술한 바와 같이, 스티칭 대물렌즈들의 FoV의 양호한 품질을 보장하기 위하여, 종래의 노광 시스템들의 각각은 이미지 평면의 위치 조정을 가능하게 하는 스티칭 대물렌즈들에서의 조정 메커니즘들을 이용하며, 이는 대물렌즈들의 구조적 복잡성 및 그것들의 내부 공간들의 기밀성(tightness)을 증가시킨다. 또한, 이러한 조정 메커니즘들은 정기적인 수리 및 유지 보수가 필요한 각각의 모터-기반 작동 시스템들에 의해 구동된다. 대물렌즈들에서 그것들의 배치는 그러한 수리 및 유지 보수 작업들에 쉽게 접근할 수 없게 된다.
본 발명은 노광 장치를 제안함으로써 대물렌즈들에 대한 조정 매커니즘들의 공간 의존성의 문제를 해결한다.
이를 위해, 본 노광 장치는: 광 전파의 방향을 따라 순차적으로 배치되는, 광원(light source), 조명 모듈(illumination module), 마스크 스테이지(mask stage), 투영 대물렌즈 모듈(projection objective module), 이미징 위치 조정 모듈(imaging position adjustment module) 및 웨이퍼 스테이지(wafer stage)를 포함하고, 상기 이미징 위치 조정 모듈은 개별적으로 배열되는 복수의 조정 소자들(plurality of adjustment elements)을 포함하고, 상기 투영 대물렌즈 모듈은 상기 복수의 조정 소자들 중 각 하나와 위치 대응하는 이미징 시야(imaging field of view)를 각각 갖는 복수의 투영 대물렌즈들을 포함한다.
바람직하게는, 상기 복수의 조정 소자들의 각각은 광학 시스템(optical system), 모터-기반 작동 시스템(motor-based actuation system) 및 제어 시스템(control system)을 포함할 수 있고, 상기 제어 시스템은 상기 모터-기반 작동 시스템에 의해 상기 광학 시스템을 조절하여 상기 복수의 투영 대물렌즈들 중 대응하는 하나의 이미징 시야를 변화시키도록 구성된다.
바람직하게는, 상기 광학 시스템은 평행한 광-입사면 및 광-출사면(light-incident and light-exit surfaces)을 가질 수 있고, 상기 복수의 조정 소자들의 각각은 상기 복수의 투영 대물렌즈들 중 대응하는 하나의 후방 작업 거리(back working distance) 내에 배열된다.
바람직하게는, 상기 복수의 조정 소자들의 각각의 광학 시스템은 상기 복수의 투영 대물렌즈들 중 대응하는 하나의 이미징 시야보다 더 큰 또렷한 구멍(clear aperture) 및 상기 복수의 투영 대물렌즈들 중 대응하는 하나의 광학 축과 일치하는 광학 축을 가질 수 있다.
바람직하게는, 상기 광학 시스템은: 제1 평면 표면(planar surface) 및 제1 곡면 표면(curved surface)을 갖는 제1 렌즈; 상기 제1 곡면 표면으로 향하는 제2 곡면 표면 및 제3 곡면 표면을 갖는 제2 렌즈; 상기 제3 곡면 표면으로 향하는 제4 곡면 표면 및 제1 경사(bevel)를 갖는 제3 렌즈; 및 제2 경사 및 제2 평면 표면을 갖는 제4 렌즈를 포함할 수 있고, 상기 제2 경사는 상기 제1 경사에 평행하고 근접하게 배열되고, 상기 제2 평면 표면은 상기 제1 평면 표면에 평행하다.
바람직하게는, 상기 광학 시스템은 상기 렌즈들 중 적어도 한 쌍의 인접한 렌즈들의 상대적인 위치들을 조정함으로써 상기 복수의 투영 대물렌즈들 중 대응하는 하나의 초점면, 배율 및 병진 중 적어도 하나를 조정하도록 구성될 수 있다.
바람직하게는, 상기 광학 시스템은 광 전파의 방향에 따라 순차적으로 배치되는, 상기 제1, 제2, 제3 및 제4 렌즈들 또는 상기 제4, 제3, 제2 및 제1 렌즈들을 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 제1 렌즈는 평면-블록 렌즈(plano-convex lens) 또는 평면-오목 렌즈(plano-concave lens)일 수 있다.
바람직하게는, 상기 제3 렌즈는 평면-블록 렌즈 또는 평면-오목 렌즈일 수 있다.
바람직하게는, 상기 제2 렌즈는 양면 볼록 렌즈(biconvex lens), 양면 오목 렌즈(biconcave lens) 또는 메니스커스 렌즈(meniscus lens)일 수 있다.
바람직하게는, 상기 제1, 제2, 제3 및 제4 렌즈들의 각각은 완전한 원형 렌즈(complete circular lens) 또는 완전한 원형 렌즈의 일부일 수 있다.
바람직하게는, 상기 제1 곡면 표면은 상기 제2 곡면 표면의 곡률의 반경과 동등한 곡률의 반경을 가질 수 있고, 상기 제3 곡면 표면은 상기 제4 곡면 표면의 곡률의 반경과 동등한 곡률의 반경을 갖는다.
바람직하게는, 상기 제1 곡면 표면은 상기 제4 곡면 표면의 곡률의 반경과 동등한 곡률의 반경을 가질 수 있다.
바람직하게는, 상기 제1, 제2, 제3 및 제4 곡면 표면들의 각각은 200㎜로부터 2000㎜로의 곡률 범위의 반경을 가질 수 있다.
바람직하게는, 상기 제1 및 제2 경사들의 각각은 0.5°로부터 10°로의 웨지 각을 가질 수 있다.
바람직하게는, 상기 광학 시스템은 적어도 하나의 평행한 플레이트, 적어도 하나의 웨지 플레이트 및 적어도 하나의 아포칼 에어-공간 더블릿(afocal air-spaced doublet)을 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 광학 시스템은 냉각 시스템을 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 복수의 조정 소자들은 단일체(unitary body)로 기계적으로 상호 연결될 수 있다.
바람직하게는, 상기 복수의 조정 소자들은 통합 프레임(integral frame)을 사용함으로써 단일체로 상호 연결될 수 있다.
종래 기술과 비교하여, 본 발명은 다음과 같은 이점들을 갖는다:
1) 이미징 위치 조정 모듈은 투영 대물렌즈 모듈로부터 분리되고 공간적으로 독립적이다.
2) 이미징 위치 조정 모듈은 시스템 조립을 용이하게 하고 투영 대물렌즈들의 복잡성을 감소시킨다. 또한, 독립적인 이미징 위치 조정 모듈의 수리 및 유지 관리가 더 쉽다.
3) 이미징 위치 조정 모듈은 투영 대물렌즈 모듈에 의해 형성된 이미지에서 병진, 배율, 초점면 및 다른 조정들을 할 수 있으며 투영 대물렌즈들의 스티칭 FoV(stitching FoV)의 양호한 품질을 보장한다. 투영 대물렌즈 모듈은 투영 이미징만을 담당하고 이미징 위치 조정을 위한 임의의 구성 요소 또는 메커니즘을 포함하지 않으며, 스티칭 FoV는 기계적 방식으로 완수된다. 이는 투영 대물렌즈들의 복잡성을 감소시킨다.
도 1은 본 발명의 노광 장치의 구조 개략도이다.
도 2는 본 발명의 노광 장치의 이미징 위치 조정 모듈의 구조 개략도이다.
도 3은 본 발명의 노광 장치의 조정 소자의 구조 개략도이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 조정 소자의 구조 개략도들이다.
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 초점면 조정을 위한 방법을 개략적으로 도시한다.
도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 배율 조정을 위한 방법을 개략적으로 도시한다.
도 8 및 도 9는 본 발명의 제1 실시예에 따른 병진 조정을 위한 방법을 개략적으로 도시한다.
도 10은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이미징 위치 조정 모듈의 구조 개략도이다.
도 11은 본 발명의 제2 실시예에 따른 조정 소자에서 광학 시스템의 구조 개략도이다.
본 발명의 특정 실시예들은 첨부된 도면들을 참조하여 더 상세하게 아래 설명될 것이며, 그래서 상기 발명의 목적, 특징 및 이점을 더 명확하게 할 것이다. 도면들은 제시된 규모가 필요한 것은 아니며, 매우 단순화된 형태로 제공된 것이고, 단지 실시예들을 설명할 때 편의 및 명료함을 용이하게 하기 위한 목적임을 유의해야 한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 노광 장치는 광 전파의 방향에 따라 순차적으로 배치되는, 광원(1), 조명 모듈(2), 마스크 스테이지(5), 투영 대물렌즈 모듈, 이미징 위치 조정 모듈(4) 및 웨이퍼 스테이지(6)를 포함한다.
투영 대물렌즈 모듈은 제1 방향(X-방향) 및 제2 방향(Y-방향)으로 배열된 다수의 동일한 투영 대물렌즈들(3)로 구성되어, 그것들의 시야들(FoVs; field-of-views)이 넓고 연속인 FoV로 스티칭된다. 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 이미징 위치 조정 모듈(4)은 다수의 독립적인 동일한 조정 소자들(410)을 포함하는데 즉, 이미징 위치 조정 모듈(4)은 투영 대물렌즈들(3)과 같은 방식으로 스티칭된 다수의 독립적인 동일한 조정 소자들(410)로 구성되어서 조정 소자들(410)의 각각은 투영 대물렌즈들(3)의 FoV들 중 각각의 하나에 대한 위치에 대응한다.
광원(1)으로부터 발산된 자외선(UV) 광은 조명 모듈(2)에 의해 분할, 균질화 및 다른 처리되어 마스크의 선택된 영역들(마스크 스테이지(5)에 위치됨) 상에 조사된 다수의 조명 빔들을 형성하고, 그러면 투영 대물렌즈들(3) 및 이미징 위치 조정 모듈(4)은 기판의 대응하는 영역들(웨이퍼 스테이지(6)에 배치됨) 상에 소정 배율을 구비한 마스크의 특정 영역들에서의 패턴들을 이미지화한다. 완전한 연속 이미지는 투영 대물렌즈(3) 및 조정 소자들(410)에 대하여 마스크 스테이지(5) 및 웨이퍼 스테이지(6)를 주사 방향(Y-방향)으로 이동시킴으로써 기판에 형성될 수 있다.
바람직하게는, 강조된 도 3을 참조하면, 각각의 조정 소자(410)는 광학 시스템(411)뿐만 아니라 광학 시스템(411)에 대응하는 제어 시스템(413) 및 모터-기반 작동 시스템(412)을 포함한다. 조정 소자들(410)의 각각은 투영 대물렌즈(3) 중 대응하는 하나의 FoV에 대한 병진, 배율 및 초점면을 개별적으로 조정할 수 있다.
구체적으로, 모터-기반 작동 시스템(412)은 제어 시스템(413)의 제어 하에 광학 시스템(411)에서의 구성 요소들을 구동하여, 그에 의해 형성된 이미지의 위치는 수정될 수 있다. 조정 소자(410)에서의 광학 시스템(411)은 아포칼 시스템, 즉 평행한 광-입사면 및 광-출사면을 갖는 시스템으로서 설계된다. 이러한 고려를 위해, 조정 소자(410)는 투영 대물렌즈(3)의 후방 작업 거리에 배열되어, 다른 이미징 품질 파라미터들에 영향을 미치지 않으면서 색수차(chromatic aberration) 및 이미징 위치만을 수정한다. 색수차 및 초점면의 수정 가능한 양은 투영 대물렌즈(3)의 설계 시에 고려될 수 있어 그것들은 보정되고 매칭될 수 있다. 결과적으로, 투영 대물렌즈(3)의 이미징 성능에 미치는 영향은 무시할 만하다. 또한, 광학 시스템(411)은 조정 소자들(410)에 대응하는 투영 대물렌즈(3)의 광학 축과 일치하는 광학 축을 갖는다. 또한, 광학 시스템(411)은, 투영 대물렌즈(3)의 FoV와 유사하게, 투영 대물렌즈(3)의 이미징 FoV보다 더 큰 또렷한 구멍(clear aperture)을 가지며, 조정 소자들(410)의 FoV들은, 그것들이 스티칭됨에 따른 방향(X-방향)에 관해, 둘의 인접한 조정 소자들(410)의 중심들(광학 축들) 사이의 거리가 그것들의 FoV들이 서로 인접한 유효 길이보다 작게 스티칭된다. 바람직하게는, 노광 장치의 복잡성은 그것의 조립 위치에서의 아포칼 시스템의 상대적으로 느슨한 요건들로 인해 더 감소된다.
바람직하게는, 다수의 조정 소자들(410)은, 예를 들어, 노광 장치의 안정성을 증가시키기 위하여, 프레임을 통합적으로 사용하여 기계적으로 함께 조립될 수 있다. 대안적으로, 조정 소자들(410)는 또한 특정 연결 방법에 의해 하나의 구조로 함께 연결될 수 있다.
또한, 이미징 위치 조정 모듈(4)은 각각의 조정 소자들(410)에서의 개별적인 제어 시스템들(413)을 코디네이트하는(coordinates) 단일 공통의 독립 제어 유닛(single common independent control unit)(미도시)을 이용할 수 있다. 이 경우, 각 조정 소자(410)에서의 모터-기반 작동 시스템(412)은 독립 제어 유닛에 의해 수정되고 수신된 명령어들에 기초한 구성 요소 작동을 한다. 이미징 위치 조정 모듈(4)은, 투영 대물렌즈(3)가 있는 환경에서 모터-기반 작동 시스템(412)에 의해 생성된 열의 충격을 감소시키기 위하여, 각각의 조정 소자들(410)을 위한 단일 냉각 시스템 또는 개별 냉각 시스템들을 구비하여 제공될 수 있다.
본 발명의 투영 대물렌즈 모듈은 내부에 임의의 이미징 조정 메캐니즘들을 포함하지 않기 때문에, 이미징 위치 조정 모듈(4)은 투영 대물렌즈들(3)과 공간적으로 독립하여 배치될 수 있다. 이는 노광 장치의 모터-기반 작동 시스템들 또는 이미징 위치 조정 구성 요소의 유지 보수 및 수리가 투영 대물렌즈들(3)에 영향을 미치지 않고 이미징 위치 조정 모듈(4)만을 취급함으로써 수행되도록 한다. 또한, 조립 정확도에 대한 아포칼 시스템의 요건들이 엄격하지 않기 때문에, 하나 이상의 조정 소자들(410)의 직접 교체가 가능하며, 이는 노광 시스템의 유지 보수 및 수리를 더 쉽게 한다.
각각의 투영 대물렌즈(3)는 임의의 조정 메커니즘도 갖지 않기 때문에, 투영 대물렌즈(3)의 설계에서 모터들의 수리 및 유지 보수를 위한 공간들을 고려할 필요가 없으므로, 투영 대물렌즈들(3)의 기계적 설계를 더 쉽게 한다. 또한, 통합 밀폐 설계(integral hermetic design)는 투영 대물렌즈들(3)의 더 높은 안정성 및 신뢰성을 보장하기 위해 채택될 수 있다.
본 발명의 노광 장치에 의해 수행되는 노광 공정에서, 주사 방향(Y-방향)을 따른 웨이퍼 스테이지(6) 및 마스크 스테이지(5)의 동기화 이동(synchronized movement)과 동시에, 투영 대물렌즈 모듈은 조명 모듈(2)로부터 마스크의 패턴 영역들 상에 광을 향하게 하여(directs light), 영역들에서의 패턴들이 기판 상에서 같은 배율로 이미징된다. 동시에, 이미징 위치 조정 모듈(4)은, 기판에 대한 양호한 노광된 패턴을 가능하게 하는 정확하고 일관된 이미징 위치들을 보장하기 위해 개별 조정 소자들(410)이 실시간 조정들을 수행하도록 그것들 자체의 이미징 FoV 조정 곡선들(their own imaging FoV adjustment curves)을 따라감(follows)에 기초하여, 배율 및 병진에서의 변형들, FoV 디포커스 이미징으로 인한-중력 기형(gravitational deformation-caused imaging FoV defocus), 기판 및 마스크의 가공 공차들(machining tolerances), 및 대물렌즈들의 이미징 위치들 사이의 차이들을 포함하는 오차들을 보정하기 위한 명령어들을 독립 제어 유닛으로부터 수신한다.
실시예 1
도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 이 실시예에서, 각각의 광학 시스템(411)은 그것의 반대 측면 상에 평행한 표면들(즉, 광-입사면 및 광-출사면)을 갖는 아포칼 시스템이다. 구체적으로는, 각각의 광학 시스템은: 평면 측면(planar side) 및 구면 측면(spherical side)을 갖는 제1 렌즈(101); 둘의 구면 측면들을 갖는 제2 렌즈(102); 구면 측면 및 평면 웨지 측면을 갖는 제3 렌즈(103); 및 웨지 플레이트인 제4 렌즈(104)를 포함한다.
광학 시스템(411)은 광이 제1, 제2, 제3 및 제4 렌즈들(101, 102, 103, 104)을 통해 순차적으로, 또는 제4, 제3, 제2 및 제1 렌즈들(104, 103, 102, 101)을 통해 순차적으로 전파하는 방식으로 구성되고, 도 4 또는 도 5에 도시된 바와 같이 표면의 곡률에 제한되지는 않는다. 또한, 광학 시스템(411)은 도 4에 도시된 방식으로 배치되거나, 도 4의 구성에 대해 반전될 수 있다.
바람직하게는, 제1 및 제3 렌즈들(101, 103)의 각각은 평면-볼록 또는 평면-오목 렌즈로서 선택된다. 제2 렌즈(102)는 양면 볼록, 양면 오목 또는 메니스커스 렌즈로서 구현될 수 있다. 제1, 제2, 제3 및 제4 렌즈(101, 102, 103, 104)의 각각은 완전한 원형 렌즈 또는 완전한 원형 렌즈의 일부일 수 있다.
바람직하게는, 제1 렌즈(101)의 구면 표면(spherical surface)은 제1 렌즈(101)로 향하는 제2 렌즈(102)의 구면 표면의 곡률의 반경과 동등하거나 근접한 곡률의 반경을 갖는다. 제2 렌즈(102)의 다른 구면은 제3 렌즈(103)의 구면 표면의 곡률의 반경과 동등하거나 근접한 곡률의 반경을 갖는다. 제1 렌즈(101)의 구면 표면의 곡률의 반경은 제3 렌즈(103)의 구면 표면의 곡률의 반경과 동등하거나 동등하지 않다.
도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 제4 렌즈(104)가 그것의 웨지 표면에 평행한 방향을 따라 이동될 때, 광 경로 내의 그것의 두께는 증가 또는 감소될 것이고, 결과적으로 광이 조정 소자(410)에서 움직이는 길이에서의 변화 및 따라서 그것의 초점면에서의 변화가 있다. 여기서, 제4 렌즈(104)는 초점면 조정에 의해 야기되는 이미지의 임의의 수평 병진을 회피하기 위해 제3 및 제 4 렌즈(103, 104) 사이의 에어 갭(air gap)이 같게 유지되도록 이동된다.
초점면 조정의 감도는 제3 및 제4 렌즈(103, 104)의 웨지 표면들의 웨지 각에 비례하고, 제4 렌즈(104)의 재료의 굴절률(refractive index)에 비례한다. 바람직한 조정 감도는, 조정 범위 및 정확도에 대한 시스템의 요건들에 따라 웨지 각 및 재료를 적절히 선택함으로써 달성될 수 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 광학 시스템의 배율은 제1 및 제2 렌즈(101, 102) 사이의 에어 갭 및 제2 및 제3 렌즈(102, 103) 사이의 에어 갭 중 하나 또는 둘 다를 변경함으로써 변화시킬 수 있다. 또한, 에어 갭들의 변형에 의해 야기된 초점면에서의 임의의 변화는 제4 렌즈(104)를 그것의 웨지 표면에 평행한 방향을 따라 이동시키는 수단에 의해 방지될 수 있어 임의의 다른 영향 없는 배율 조정을 할 수 있다.
배율 조정의 감도는 변경된 에어 갭(들)과 관련되며, 각 에어 갭의 감도는 인접한 두 렌즈들(즉, 제1 및 제 2 렌즈(101, 102), 또는 제 2 및 제 3 렌즈(102, 103))의 곡률의 반경 및 재료들과 관련된다. 그러므로, 완성된 조정 소자(410)에 대해, 상이한 감도들은 에어 갭들 중 하나 또는 둘 다를 조정함으로써 획득될 수 있다. 본 발명에 따르면, 렌즈들의 재료들 및 곡률의 반경은 두 에어 갭들이 상이한 감도들을 갖도록 선택될 수 있다. 이와 같이, 더 민감한 갭, 덜 민감한 갭 또는 이들 모두를 조정함으로써, 다양한 애플리케이션들에 대해 상이한 감도들이 달성될 수 있다.
도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 이미징 위치 조정 모듈(4)은, 전체로서, 평행 플레이트와 같이 기능한다. 이는 X-축을 중심으로 회전할 때 이미지 평면이 Y-방향으로 병진하게 할 수 있고, Y-축을 중심으로 회전할 때 X-방향으로 이미지의 병진 변위(translational displacement)가 될 수 있다. 도 8에 도시된 바와 같이, 이미지 평면은 Y-축을 중심으로 이미징 위치 조정 모듈(4)의 회전에 대응하여 dX의 거리를 병진시키고, X-축을 중심으로 이미징 위치 조정 모듈(4)의 회전에 대응하여 dY의 거리를 병진시킨다. 병진 조정의 감도는 넷의 렌즈들 재료들의 전체 굴절률에 비례하며, 넷의 렌즈들의 총 두께에 비례하다. 마찬가지로, 다양한 감도들은 렌즈들의 두께와 재료들을 적절히 선택함으로써 달성될 수 있다.
바람직하게는, 넷의 렌즈들은 UV 광에 대해 높은 투과율(transmittance)을 갖는 재료(들)로 만들어진다. 최적의 기계적, 제어 및 기타 감도들은 200㎜로부터 2000㎜로의 범위에서의 제1, 제 2 및 제3 렌즈(101, 102, 103)의 구면 표면들의 곡률의 반경 및 0.5°로부터 10°로의 범위에서의 제3 및 제4 렌즈들(103, 104)의 웨지 표면들의 각각의 웨지 각에서 달성된다.
도 10은 이미징 위치 조정 모듈(4)의 가능한 구조를 도시한다. 이미징 위치 조정 모듈(4)은 기판 및 투영 대물렌즈 모듈의 마지막 광학 소자 사이에 배치된다. 조정 소자들(410)의 각각은 독립적으로 조정들을 수행하고, 유지되고, 전체적으로 교체될 수 있다. 구체적으로, 여섯의 조정 유닛들(410)은 단일 지지 프레임(supporting frame)(420)에 통합되며, 이는 지지 및 냉각 능력들을 갖는다. 지지 프레임(420)은 노광 장치의 주 구조에 결합되어, 이미징 위치 조정 모듈(4)은 전체적으로 주요 구조에 고정되고 통합된다.
표 1은 각 조정 소자(410)에서의 렌즈들의 상세한 데이터를 요약한다. 배율 조정은 모터에 의해 구동되는 제2 렌즈(102)의 축 방향 이동에 의해 달성되며, 초점면 조정은 모터 및 레일들(motor and rails)에 의해 제4 렌즈 (104)를 그것의 경사(bevel)의 방향을 따라 이동시킴으로써 가능해진다.
표 1 조정 소자에서의 광학 시스템의 데이터
명칭 반경 두께 재료 웨지 각
제1 렌즈 무한 15 실리카(Silica)
800 1.6 에어
제2 렌즈 800 15 실리카
-900 1.5 에어
제3 렌즈 -900 15 실리카
무한 0.5 에어 5°
제4 렌즈 무한 10 실리카 5°
무한 에어
실시예 2
이 실시예에서, 도 11에 도시된 바와 같이, 각각의 조정 소자(410)에서, 광학 시스템(411)은 이미지 병진 조정을 위한 평행한 플레이트(들)(405 및/또는 406), 초점면 조정을 위한 둘의 웨지 플레이트들(401, 402) 및 배율 조정을 위한 아포칼 에어-공간 더블릿(afocal air-spaced doublet)(403, 404)으로 구성될 수 있거나, 또는 실시예 1에서의 제2 및 제3 렌즈(102, 103) 사이에 둘의 평행한 플레이트를 삽입함으로써 구성된다. 어느 경우이든, 광학 시스템은 평행한 광-입사면 및 광-출사면을 갖는다. 즉, 본 발명에 따르면, 광학 시스템(411)에서의 렌즈들의 선택 및 구성은 투영 대물렌즈들의 실제 요구들 및 작업 거리에 따라 가능하다. 물론, 구성 요소가 어떤 형태를 취하든 관계없이, 초점면, 배율 및 변진 조정들은 동시에 또는 별도로 달성될 수 있다.
요약하면, 본 발명의 노광 장치는 투영 대물렌즈 모듈에 의해 형성된 이미지에 대해 병진, 배율, 초점면 및 다른 조정들을 수행하여 투영 대물렌즈들(3)의 만족스러운 이미징 품질 및 스티칭 품질을 보장하는 이미징 위치 조정 모듈(4)을 추가적으로 포함한다. 투영 대물렌즈 모듈은 단지 투영 이미징을 담당하고, 이미징 위치 조정을 위한 임의의 구성 요소 또는 메커니즘을 포함하지 않으며, FoV의 스티칭은 기계적 방식으로 달성된다. 이는 투영 대물렌즈 모듈의 복잡성을 감소시키고 독립적인 이미징 위치 조정 모듈의 수리 및 유지 보수를 더 쉽게 한다.
당업자는 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 본 발명에 대한 다양한 수정들 및 변형들을 할 수 있음은 자명하다. 따라서, 첨부된 청구 범위 및 그 등가물의 범위 내에 있는 모든 그러한 수정들 및 변형들이 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 의도된다.

Claims (19)

  1. 노광 장치에 있어서,
    광 전파의 방향을 따라 순차적으로 배치되는, 광원, 조명 모듈, 마스크 스테이지, 투영 대물렌즈 모듈, 이미징 위치 조정 모듈 및 웨이퍼 스테이지
    를 포함하고,
    상기 이미징 위치 조정 모듈은 개별적으로 배열되는 복수의 조정 소자들을 포함하고, 상기 투영 대물렌즈 모듈은 상기 복수의 조정 소자들 중 각 하나와 위치 대응하는 이미징 시야를 각각 갖는 복수의 투영 대물렌즈들을 포함하고,
    상기 복수의 조정 소자들의 각각은 광학 시스템, 모터-기반 작동 시스템 및 제어 시스템을 포함하고, 상기 제어 시스템은 상기 모터-기반 작동 시스템에 의해 상기 광학 시스템을 조절하여 상기 복수의 투영 대물렌즈들 중 대응하는 하나의 이미징 시야를 변화시키도록 구성되고,
    상기 광학 시스템은,
    제1 평면 표면 및 제1 곡면 표면을 갖는 제1 렌즈;
    상기 제1 곡면 표면으로 향하는 제2 곡면 표면 및 제3 곡면 표면을 갖는 제2 렌즈;
    상기 제3 곡면 표면으로 향하는 제4 곡면 표면 및 제1 경사를 갖는 제3 렌즈; 및
    제2 경사 및 제2 평면 표면을 갖는 제4 렌즈
    를 포함하고,
    상기 제2 경사는 상기 제1 경사에 평행하고 근접하게 배열되고, 상기 제2 평면 표면은 상기 제1 평면 표면에 평행하는 노광 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 광학 시스템은 평행한 광-입사면 및 광-출사면을 갖고,
    상기 복수의 조정 소자들의 각각은 상기 복수의 투영 대물렌즈들 중 대응하는 하나의 후방 작업 거리 내에 배열되는
    노광 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 조정 소자들의 각각의 광학 시스템은 상기 복수의 투영 대물렌즈들 중 대응하는 하나의 이미징 시야보다 더 큰 또렷한 구멍 및 상기 복수의 투영 대물렌즈들 중 대응하는 하나의 광학 축과 일치하는 광학 축을 갖는
    노광 장치.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 광학 시스템은 상기 렌즈들 중 적어도 한 쌍의 인접한 렌즈들의 상대적인 위치들을 조정함으로써 상기 복수의 투영 대물렌즈들 중 대응하는 하나의 초점면, 배율 및 병진 중 적어도 하나를 조정하도록 구성되는
    노광 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 광학 시스템은 광 전파의 방향에 따라 순차적으로 배치되는, 상기 제1, 제2, 제3 및 제4 렌즈들 또는 상기 제4, 제3, 제2 및 제1 렌즈들을 포함하는
    노광 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 렌즈는 평면-블록 렌즈 또는 평면-오목 렌즈인
    노광 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제3 렌즈는 평면-블록 렌즈 또는 평면-오목 렌즈인
    노광 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제2 렌즈는 양면 볼록 렌즈, 양면 오목 렌즈 또는 메니스커스 렌즈인
    노광 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제1, 제2, 제3 및 제4 렌즈들의 각각은 완전한 원형 렌즈 또는 완전한 원형 렌즈의 일부인
    노광 장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 제1 곡면 표면은 상기 제2 곡면 표면의 곡률의 반경과 동등한 곡률의 반경을 갖고, 상기 제3 곡면 표면은 상기 제4 곡면 표면의 곡률의 반경과 동등한 곡률의 반경을 갖는
    노광 장치.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 제1 곡면 표면은 상기 제4 곡면 표면의 곡률의 반경과 동등한 곡률의 반경을 갖는
    노광 장치.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 제1, 제2, 제3 및 제4 곡면 표면들의 각각은 200㎜로부터 2000㎜로의 곡률 범위의 반경을 갖는
    노광 장치.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 경사들의 각각은 0.5°로부터 10°로의 웨지 각을 갖는
    노광 장치.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 광학 시스템은 적어도 하나의 평행한 플레이트, 적어도 하나의 웨지 플레이트 및 적어도 하나의 아포칼 에어-공간 더블릿을 포함하는
    노광 장치.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 광학 시스템은 냉각 시스템을 포함하는
    노광 장치.
  18. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 조정 소자들은 단일체로 기계적으로 상호 연결되는
    노광 장치.
  19. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 조정 소자들은 통합 프레임을 사용함으로써 단일체로 상호 연결되는
    노광 장치.
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